De nouvelles cartes incroyables de la psyché des astéroïdes révèlent un ancien monde de métal et de rock

La surface variée de l’astéroïde Psyche suggère une histoire dynamique, qui peut inclure des éruptions minérales, des effets de secousse d’astéroïdes et un manteau rocheux manquant.

Plus tard cette annéeEt le[{ » attribute= » »>NASA is set to launch a probe the size of a tennis court to the asteroid belt, a region between the orbits of Mars and Jupiter where remnants of the early solar system orbit the sun. Once within the asteroid belt, the spacecraft will zero in on Psyche, a large, metal-rich asteroid that is thought to be the ancient core of an early planet. The probe, named after its asteroid target, will then spend close to two years orbiting and analyzing Psyche’s surface for clues to how early planetary bodies evolved.

Ahead of the mission, which is led by principal investigator Lindy Elkins-Tanton ’87, SM ’87, PhD ’02, planetary scientists at MIT and elsewhere have now provided a sneak peek of what the Psyche spacecraft might see when it reaches its destination.

In a paper published on June 15, 2022, in the Journal of Geophysical Research: Planets, the planetary science team presents the most detailed maps of the asteroid’s surface properties to date, based on observations taken by a large array of ground telescopes in northern Chile. The maps reveal vast metal-rich regions sweeping across the asteroid’s surface, along with a large depression that appears to have a different surface texture between the interior and its rim; this difference could reflect a crater filled with finer sand and rimmed with rockier materials.

This illustration, updated in April 2022, depicts NASA’s Psyche spacecraft. Set to launch in August 2022, the Psyche mission will explore a metal-rich asteroid of the same name that lies in the main asteroid belt between Mars and Jupiter. The spacecraft will arrive in early 2026 and orbit the asteroid – also shown in this illustration – for nearly two years to investigate its composition. Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU

Overall, Psyche’s surface was found to be surprisingly varied in its properties.

The new maps hint at the asteroid’s history. Its rocky regions could be vestiges of an ancient mantle — similar in composition to the rocky outermost layer of Earth, Mars, and the asteroid Vesta — or the imprint of past impacts by space rocks. Finally, craters that contain metallic material support the idea proposed by previous studies that the asteroid may have experienced early eruptions of metallic lava as its ancient core cooled.

“Psyche’s surface is very heterogeneous,” says lead author Saverio Cambioni, the Crosby Distinguished Postdoctoral Fellow in MIT’s Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS). “It’s an evolved surface, and these maps confirm that metal-rich asteroids are interesting, enigmatic worlds. It’s another reason to look forward to the Psyche mission going to the asteroid.”

Cambioni’s co-authors are Katherine de Kleer, assistant professor of planetary science and astronomy at Caltech, and Michael Shepard, professor of environmental, geographical, and geological sciences at Bloomsburg University.

Telescope Power

The surface of Psyche has been a focus of numerous previous mapping efforts. Researchers have observed the asteroid using various telescopes to measure light emitted from the asteroid at infrared wavelengths, which carry information about Psyche’s surface composition. However, these studies could not spatially resolve variations in composition over the surface.

Cambioni and his colleagues instead were able to see Psyche in finer detail, at a resolution of about 20 miles per pixel, using the combined power of the 66 radio antennas of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in northern Chile. Each antenna of ALMA measures light emitted from an object at millimeter wavelengths, within a range that is sensitive to temperature and certain electrical properties of surface materials.

“The signals of the ALMA antennas can be combined into a synthetic signal that’s equivalent to a telescope with a diameter of 16 kilometers (10 miles),” de Kleer says. “The larger the telescope, the higher the resolution.”

On June 19, 2019, ALMA focused its entire array on Psyche as it orbited and rotated within the asteroid belt. De Kleer collected data during this period and converted it into a map of thermal emissions across the asteroid’s surface, which the team reported in a 2021 study. Those same data were used by Shepard to produce the most recent high-resolution 3D shape model of Psyche, also published in 2021.

A gauche, cette carte montre les caractéristiques de surface sur Psyché, des zones sablonneuses (violet/bas) aux zones rocheuses (jaune/haut). La carte de droite montre l’abondance des minéraux sur Psyché, de faible (violet) à élevé (jaune).

pour rattraper le match

Dans la nouvelle étude, Cambioni a exécuté des simulations Psyche pour déterminer quelles propriétés de surface pourraient mieux correspondre et expliquer les émissions de chaleur mesurées. Dans chacun des centaines de scénarios simulés, il a cartographié la surface de l’astéroïde avec différentes combinaisons de matériaux, telles que des régions avec différentes abondances minérales. Il a modélisé la rotation de l’astéroïde et mesuré comment les matériaux simulés sur l’astéroïde émettraient des émissions de chaleur. Campione a ensuite recherché les émissions simulées qui correspondaient le mieux aux émissions réelles mesurées par ALMA. Ce scénario, pense-t-il, révélera la carte la plus probable du matériau de surface de l’astéroïde.

« Nous avons exécuté ces simulations région par région jusqu’à ce que nous puissions identifier les différences dans les propriétés de surface », explique Campione.

L’étude a produit des cartes détaillées des propriétés de surface de Psyché, montrant que l’interface de l’astéroïde est probablement recouverte d’une grande variété de matériaux. Les chercheurs ont souligné que la surface de Psyché en général est riche en minéraux, mais que l’abondance de minéraux et de silicates varie en fonction de sa surface. Cela peut être un indice supplémentaire que l’astéroïde, au début de sa formation, peut avoir eu un manteau riche en silicate qui a depuis disparu.

Ils ont également découvert que lorsque l’astéroïde tournait en orbite, le matériau au fond d’une grande dépression – probablement un cratère – changeait de température beaucoup plus rapidement que le matériau le long du bord. Cela indique que le fond du cratère est recouvert de « flaques » de matériaux à grains fins, comme du sable sur le sol, qui se réchauffent rapidement, tandis que les bords du cratère sont constitués de matériaux rocheux plus lents et plus chauds.

« Des étangs de matériaux à grains fins ont été observés sur de petits astéroïdes, leur gravité est suffisamment faible pour que les chocs de surface provoquent l’agrégation de matériaux plus fins », a déclaré Campione. « Mais Psyché est un gros corps, donc si des matériaux à grains fins s’accumulent au fond de la dépression, c’est plutôt intéressant et mystérieux. »

« Ces données montrent que la surface de Psyche est hétérogène, avec des différences marquées de composition », explique Simone Marchi, scientifique au Southwest Research Institute et co-investigatrice de la mission Psyche de la NASA, qui n’a pas participé à l’étude actuelle. « L’un des principaux objectifs de la mission de Psyche est d’étudier la composition de la surface de l’astéroïde à l’aide de rayons gamma, d’un spectromètre à neutrons et d’un imageur couleur. Ainsi, la présence potentielle de gènes de composition est quelque chose que l’équipe de psychologie est impatiente d’étudier plus avant. « 

Référence : « La surface hétérogène de l’astéroïde (16) Psyché » par Saverio Campione, Catherine de Clare et Michael Shepherd, 19 mai 2022, disponible ici. Journal of Geophysical Research: Planètes.
DOI : 10.1029/2021JE007091

Cette recherche a été soutenue par une bourse postdoctorale distinguée EAPS Crosby et en partie par la Fondation Heising-Simons.